Donner aux amputés un meilleur contrôle de leur jambe bionique
Les jambes bioniques ont connu d’énormes progrès au cours de la dernière décennie. «En dépit des progrès réalisés dans les prothèses elles-mêmes, les interfaces utilisées pour les contrôler demeurent sous-optimales, ce qui peut gêner la marche de l’amputé», explique Jose González, responsable de la recherche chez Ottobock, une entreprise spécialisée dans les solutions prothétiques. Avec le soutien du projet SimBionics financé par l’UE, Ottobock entend combler le fossé qui existe entre la prothèse et son contrôle. Pour ce faire, le projet a développé et testé une nouvelle méthode de contrôle de jambes bioniques mécatroniques motorisées. «Nous avons conçu une plateforme totalement non invasive qui permet à un amputé de contrôler volontairement une jambe bionique tout en percevant les mouvements de la prothèse», ajoute Jose González. Les recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie.
Créer une copie numérique de la jambe humaine
La solution de SimBionics commence par une copie numérique de la jambe humaine, avec tous les os, les muscles et les tendons. Le concept, développé à l’université de Twente, utilise les signaux électriques générés par les muscles résiduels du moignon de l’amputé, appelés électromyographie (EMG), pour piloter la version numérique de la jambe fantôme de l’amputé. «Le comportement estimé de la jambe virtuelle reflétant le comportement de la jambe fantôme de l’amputé, il peut être exploité pour contrôler la jambe bionique», explique Jose González.
Mesure de l’électromyographie de la surface de la peau
SimBionics a voulu s’appuyer sur des EMG mesurés à la surface de la peau, et non par l’intermédiaire d’un dispositif implanté. Bien que cela permette d’éviter une chirurgie invasive à l’amputé, le pilotage d’une prothèse utilisant uniquement des EMG de surface n’est pas entièrement fiable. C’est pourquoi les chercheurs ont modélisé certaines caractéristiques importantes du système nerveux central, telles que les réflexes musculaires et les primitives, qui seraient à l’origine de notre démarche. «Ces modèles peuvent encore améliorer la robustesse et la fiabilité du contrôle de la prothèse, la rendant plus réactive aux perturbations externes et améliorant l’équilibre de l’amputé», fait remarquer Jose González.
Un retour sensoriel artificiel permet à l’amputé de savoir ce que fait sa jambe bionique
Autre caractéristique clé de la solution SimBionics: l’utilisation d’un retour sensoriel artificiel pour restituer à l’amputé la sensation de ce que fait sa jambe bionique. Le système de retour d’information, conçu à l’université d’Aalborg, lit les données provenant des capteurs intégrés à la prothèse et de ceux ajoutés à l’extérieur, et les transpose en des profils de stimulation qui sont ensuite envoyés à l’amputé. «Donner à la personne amputée la faculté de savoir si sa jambe bouge ou non lui permettra non seulement de mieux contrôler sa prothèse, mais également d’améliorer sa sécurité et renforcer sa confiance», explique Jose González.
Aider les amputés à marcher à différentes vitesses
Toutes ces caractéristiques et tous ces composants étant réunis, le moment est venu de mettre la solution à l’épreuve. Testé sur différents amputés, les chercheurs ont démontré que la solution de SimBionics peut aider les utilisateurs à marcher à différentes vitesses et à effectuer d’autres mouvements complexes. «Le projet inaugure une nouvelle façon d’envisager le contrôle prothétique des membres inférieurs, visant à recréer les boucles sensori-motrices biologiques à l’aide d’une modélisation neuromusculosquelettique et d’un retour d’information sensoriel artificiel», conclut Jose González.
Mots‑clés
SimBionics, amputés, jambe bionique, prothèse, prothèses, prosthétique, copie numérique, électromyographie, retour sensoriel artificiel, capteurs